[发明专利]一种同步整流降压-反激的直流到直流电源转换器

说明书

技术领域：

本发明涉及直流到直流的电源转换器。更特别的是，本发明还涉及用单反馈或控制回路提供电压调制电路给两个或更多输出端。这个电路结合压降-反激转换器用同步检波技术来提供高效电源转换和调节功能。

背景技术：

由于便携式电子器件的诞生，对于高效率的电源转换电路的需求越来越多。在大多数情况下，这些器件主要由电池供电，它需要电池供能的时间越长越好。因此，各个元件的工作电压（如微处理器和内存）变得越来越低，来延长电池的寿命。以前的5伏标准被3.3伏取代，很快又被2.7伏取代。随着调制电压的降低，难以提供一个以有效方式增加的调制输出电压，部分是因为传统部件上的电压降低产生重要影响（如在二极管上0.4到0.7V的电压降）。

电压调制器使用不同的技术已经得到实现。在一个开关调节器中，负载上的电源通过控制耦合在负载上的一个或多个电源开关的频宽比得到调节（开关可能是串联或并联）。

开关调制器通常被分为不同的配置或“拓扑”。一个拓扑-一个单端电感电路包括一个相对简单的电路，这个电路里的开关决定电感器上的电压是输入电压还是零。通过这种方式，输出电压是电感上平均电压的函数。

输出电压的变化取决于单个组件的配置和单端电感电路的分类。比如，将开关串联在输入端和输出端会导致输出电压比输入电压低。这样的电路通常被称为降压转换器。通过将开关与输出端并联，这样输出电压会比输入电压大。这样的电路通常被称为升压转换器。降压和升压电路可以组成“降压-升压”调节器来提供一个极性反转的输出端。这些电路的一个不利因素是它们被单调制电路限制。当有多个输出端时，使用多个调节器需要多个反馈或控制回路作为适当的操作，从而增加了部分技术复杂性和成本。

另一个调制拓扑结构是变压耦合开关调制器。这种拓扑结构提供一种增强的能力来实现电流或电压增益，以及在由变压器提供的输入端和输出端之间分离的可能性。这种情况下，单端电感调制器、变压耦合调制器也被分类。所谓的“反激转换器”用变压器来把能量从输入端传送到输出端。通过调节主变压器和辅变压器之间匝数比（N），该调制器可能会造成提供给输出端的电压比输入端的高或低。反激转换器的一个不利因素是很高的能量必须在变压其中得到储存来提供适当的操作。这需要相当大的磁核，可能会降低整个电路的效率。

这个“反激转换器”是变压耦合调制器的另一种形式。在一个前进的转换器中，伴随着其他元件额外的线圈需要被提供，比如二极管和电阻，这基本上消除了在变压器铁心中大能量储能的问题了。额外的绕组通常有一个1:1的初级绕组，当初级开关关闭时来帮助定义开关电压。不幸的是，匝数比会限制设备的频宽为最大频宽的50%，在难以控制的方式下上面这个开关电流会上升。如果匝数在充值绕组时被减少来增加频宽比，一般只有一个相应的提高程度的开关电压。

提供其他组合配置也是可以的，比如“压降-反激”转换器，以试图利用不同拓扑结构的最好性质。之前所致压降-反激转换器通过产生主输出端利用降压转换器添加一个辅助绕组（这个绕组作为次级输出的反激转换器）提供多个调节输出端。这些转换器的一个缺点在于实际上辅助绕组的输出功率被主输出端的功率限制。此外，当辅助输出端的负载很多时，由于辅助绕组的变压器作用，该降压矫治器将观察增加的输出电压脉动。这些和其他缺点会严重限制这些装置输入端和输出端的操作范围。同样，该转换器的反击变化会导致整体电路的效率严重降低。

解决这些问题的一个方法已经被利用，迄今为止采用同步检波可以增加电压调节器的操作效率。在同步整流中，一对开关被串联耦合在输入电压和地之间，它们都是同步的，即输入电压或地被应用在电感的输入端。这些开关的同步控制和传统电路相比在效率上有一个很好的改善。这些同步电路的不足在于，在实际运用中它们是同一的，即每个被控制的输出端都需要一个反馈/控制回路。因此，调节器需要控制回路提供5.5伏和3.3伏的输出。

鉴于上述，应该提供一个有多个调节输出的电压调节器，在用户可选择的电压水平上，使用单一控制回路。

也应该提供有多个调节输出的电压调节器，可以工作在超过输入电压和输出功率需求的范围之外。

另外也应该提供有多个调节输出的电压调节器，可以给任意一个调节输出提供全功率，而不管其他输出端的负载。

发明内容：

本发明的目的是提供一个有多个调节输出的电压调节器，在用户可选择的电压水平上，使用单一控制回路。

本发明的另一个目的是提供有多个调节输出的电压调节器，可以工作在超过输入电压和输出功率需求的范围之外。